JP6207756B2 - 真空断熱材、真空断熱材の製造方法、真空断熱材の設置構成、及び、真空断熱材を備えた貯湯タンク - Google Patents

Description

本発明は、貫通孔を備える真空断熱材、該真空断熱材の製造方法、該真空断熱材の設置構成、及び、該真空断熱材を備えた貯湯タンクに関するものである。

真空断熱材は、繊維状部材で形成された芯材を、例えばアルミラミネートシートを外皮材として真空封止して構成される。このように作製された真空断熱材は、主に製品の断熱したい箇所（平面又は曲面）に設置されて使用される。

真空断熱材の設置範囲に配管及び配線等の干渉物が設けられ、真空断熱材に当該干渉物を通過させたい場合がある。しかしながら、真空断熱材は作製後に孔を空ける、あるいは切り欠きを入れる等の平面形状を変更する加工ができない。このため、従来より、上記干渉物を通過させる貫通孔が予め形成された真空断熱材が提案されている。また、従来の真空断熱材には、貫通孔周辺部の品質低下を抑制することを目的として、貫通孔の稜線部分に平面に対して２０°以上４５°以下のテーパー加工を施すものも提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００４−１１８６１号公報（要約、図１）

従来の真空断熱材は、芯材の貫通孔の内周壁にテーパー加工を施すことにより、外皮材を熱溶着する際に芯材の貫通孔周辺でピンホールやクラックが発生することを抑制している。しかしながら、外皮材を熱溶着する際のテンションにより、芯材の貫通孔周辺の外皮材には、応力が発生している。そして、真空断熱材を製品に設置した際、高温側に配置された外皮材には、熱が加わることによって外皮材に熱応力（熱負荷）もかかることとなる。このため、従来の真空断熱材は、熱溶着時に発生する応力及び使用時にかかる熱応力によって、芯材の貫通孔周辺の外皮材にピンホールやクラックが発生してしまい、真空断熱材の信頼性が低下してしまうという課題があった。

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、貫通孔周辺部の信頼性の低下を抑制することができる真空断熱材、該真空断熱材の製造方法、該真空断熱材の設置構成、及び、該真空断熱材を備えた貯湯タンクを提供することを目的とする。

本発明に係る真空断熱材は、繊維状部材で形成され、芯材貫通孔が形成された芯材と、前記芯材貫通孔と対応する位置に外皮材貫通孔が形成され、前記芯材の外周部及び前記芯材貫通孔の内周側が熱溶着されて、前記芯材を真空密閉して覆う外皮材と、を備え、前記芯材貫通孔は、前記芯材の一方の表面側に第一のテーパーが形成されて、他方の表面側に第二のテーパーが形成され、前記第一のテーパーと前記第二のテーパーとの交差部が、前記芯材の厚み方向において中心部よりも前記他方の表面側に位置し、前記一方の表面に沿って前記芯材貫通孔の外周部から中心側へ延設された仮想平面と前記第一のテーパーとが成す角度をαとし、前記他方の表面に沿って前記芯材貫通孔の外周部から中心側へ延設された仮想平面と前記第二のテーパーとが成す角度をβと定義した場合、α＞βとなっているものである。

また、本発明に係る真空断熱材の製造方法は、前記芯材貫通孔と対応する位置に貫通孔が形成され、前記繊維状部材で構成された繊維シートを複数枚備え、前記一方の表面側及び前記他方の表面側から前記交差部に向かって、前記貫通孔の大きさが小さくなるように前記繊維シートを積層し、前記芯材を形成するものである。

また、本発明に係る真空断熱材の設置構成は、本発明に係る真空断熱材が前記一方の表面側よりも前記他方の表面側の方が高温側となるように配置されているものである。

また、本発明に係る貯湯タンクは、本発明に係る真空断熱材と、加熱された水を貯留するタンクと、前記タンクに接続された配管と、を備え、前記真空断熱材は、前記外皮材貫通孔に前記配管が貫通し、前記他方の表面が前記タンクと対向するように配置されているものである。

本発明に係る真空断熱材においては、第二のテーパー側の外皮材（前記他方の表面側の外皮材）は、第一のテーパー側の外皮材（前記一方の表面側の外皮材）と比べ、外皮材を熱溶着する際に芯材の貫通孔周辺の外皮材に発生する応力が小さい。このため、第二のテーパー側の外皮材（前記他方の表面側の外皮材）は、第一のテーパー側の外皮材（前記一方の表面側の外皮材）と比べ、真空断熱材の使用時に熱応力がかかっても、芯材の貫通孔周辺においてピンホールやクラックが発生しづらい。つまり、第二のテーパー側の外皮材（前記他方の表面側の外皮材）は、第一のテーパー側の外皮材（前記一方の表面側の外皮材）と比べ、真空断熱材の使用時にかかる熱応力に対して耐性が高い。従って、本発明に係る真空断熱材は、第二のテーパー側の外皮材（前記他方の表面側の外皮材）が高温側と対向するように配置することにより、芯材の貫通孔周辺の外皮材にピンホールやクラックが発生してしまうことを抑制でき、貫通孔周辺部の信頼性の低下を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る真空断熱材を示す正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態１に係る真空断熱材の設置構成を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態１に係る真空断熱材における、テーパー角に対して発生するピンホールの数を示した図である。 本発明の実施の形態２に係る真空断熱材の芯材を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態３に係る真空断熱材を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態４に係る貯湯タンクを示す縦断面図である。 図７のＱ部拡大図である。 本発明の実施の形態５に係る貯湯タンクを示す縦断面図である。 図９のＱ部拡大図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る真空断熱材を示す正面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
以下、図１及び図２を用いて、本実施の形態１に係る真空断熱材１について説明する。また、以下では、真空断熱材１の説明を容易にするために、ＸＹＺ座標を用いて説明する。なお、図１に示す真空断熱材１の短辺方向をＹ軸とし、真空断熱材１を見て上側を＋Ｙ方向、下側を−Ｙ方向とする。また、図１に示す真空断熱材１の長辺方向をＸ軸とし、真空断熱材１を見て右側を＋Ｘ方向、左側を−Ｘ方向とする。また、図２に示す真空断熱材１を見て上側を＋Ｚ方向、下側を−Ｚ方向とする。

本実施の形態１に係る真空断熱材１は、芯材３と、外周部が熱溶着され、芯材３を真空密閉して覆う外皮材４とを備えている。また、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、該真空断熱材１が設置される範囲に設けられた配管、配線及び回路端子等の干渉物を通すための貫通孔（後述の外皮材貫通孔４ｄ）が形成されている。

芯材３は、例えばグラスウール及びＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）等の繊維状部材で、例えば正面視略四角形状に形成されている。本実施の形態１では、例えば２ｍｍ程度のシート状に形成された複数枚（図２では１０枚）の繊維シート２を積層して構成されている。これら繊維シート２は、例えば繊維直径が３〜５μｍ程度の繊維部材をシート状に抄造したものである。

この芯材３には、例えば正面視円形状の芯材貫通孔３ａが、少なくとも１つ形成されている。なお、本実施の形態１では、芯材貫通孔３ａの直径が約１００ｍｍ程度となっている。

さらに、本実施の形態１に係る芯材３においては、図２に示すように、芯材貫通孔３ａには、芯材３の一方の表面３ｂ側（芯材３の＋Ｚ側の表面側）に第一のテーパー１０が形成されて、他方の表面３ｃ側（芯材３の−Ｚ側の表面側）に第二のテーパー１１が形成されている。そして、第一のテーパー１０と第二のテーパー１１との交差部１２は芯材３の厚み方向において中心部よりも他方の表面３ｃ側に位置している。さらに、本実施の形態１に係る芯材３においては、一方の表面３ｂに沿って芯材貫通孔３ａの外周部から中心側へ延設された仮想平面３ｄと第一のテーパー１０とが成す角度をα（°）とし、他方の表面３ｃに沿って芯材貫通孔３ａの外周部から中心側へ延設された仮想平面３ｅと第二のテーパー１１とが成す角度をβ（°）と定義した場合、α＞βとなっている。また、本実施の形態１では、４５°＜α＜９０°、０°＜β＜２０°に形成されている。

外皮材４は、金属箔の表面及び裏面に樹脂を重ねて構成されたラミネートフィルムである。本実施の形態１では、外皮材４の金属箔としてアルミニウム箔を用いている。また、該アルミニウム箔の表面にはナイロン又はＰＥＴ等が積層されている。また、該アルミニウム箔の裏面には、例えばＰＥ（ポリエチレン）のように、表面で使用されている樹脂材料よりも軟化点の低い熱可塑性樹脂が積層されている。２枚の外皮材４は、互いの裏面同士が対向するように芯材３を覆い、芯材３の外周部（側縁部４ｂ，４ｃ）及び芯材貫通孔３ａの内周側（熱溶着部４ａ）が熱溶着されて、芯材３を真空密閉している。また、これら外皮材４には、芯材貫通孔３ａと対応する位置に、外皮材貫通孔４ｄが形成されている。

次に、真空断熱材１の作製方法の一例について説明する。
まず、例えばグラスウール及びＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）等の繊維状部材を、例えば正面視略四角形状に形成し、芯材３を作製する。そして、この芯材３に、芯材貫通孔３ａを形成する。また、芯材貫通孔３ａの形成と共に、あるいは、芯材貫通孔３ａの形成の後に、第一のテーパー１０及び第二のテーパー１１を形成する。

一方、２枚の外皮材４を、互いの裏面同士が対向するように重ね合わせる。そして、これら外皮材４の三方の側縁部４ｂを熱溶着する。これにより、２枚の外皮材４は、側縁部４ｃ部分が開口した袋形状となる。この袋形状の外皮材４の中に、側縁部４ｃ部分（開口部）から、芯材貫通孔３ａ、第一のテーパー１０及び第二のテーパー１１が形成された芯材３を挿入する。その後、袋形状の外皮材４の中の空気を吸引して真空状態（大気圧よりも低い圧力状態）とし、側縁部４ｃを熱溶着する。これにより、芯材３は外皮材４によって真空密閉（真空封止）される。

芯材３が外皮材４によって真空密閉された状態においては、芯材貫通孔３ａの内周側で、２枚の外皮材４（一方の表面３ｂ側の外皮材４及び他方の表面３ｃ側の外皮材４）が互いに密着した状態となっている。この外皮材４の密着部分をリング形状に熱溶着し、熱溶着部４ａを形成する。なお、本実施の形態１では、熱溶着部４ａの外周側の直径を例えば８０ｍｍとし、内周側の直径を例えば６０ｍｍとしている。

ここで、熱溶着部４ａ形成後における芯材貫通孔３ａ周辺の外皮材４の状態について説明する。真空封止時、芯材貫通孔３ａ周辺の外皮材４にはテンションがかかる。このため、熱溶着部４ａ形成後においては、芯材貫通孔３ａ周辺の外皮材４には応力が発生した状態となっている。このとき、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、上述のように、第二のテーパー１１の角度βが第一のテーパー１０の角度αよりも小さくなっており、第一のテーパー１０と第二のテーパー１１との交差部１２が芯材３の厚み方向において中心部よりも他方の表面３ｃ側に位置している。このため、第二のテーパー１１を覆う外皮材４（他方の表面３ｃ側の外皮材４）に発生している応力を、第一のテーパー１０を覆う外皮材４（一方の表面３ｂ側の外皮材４）に発生している応力よりも小さくすることができる。

再び真空断熱材１の作製方法の説明に戻ると、リング形状の熱溶着部４ａを形成後、熱溶着部４ａの内周側に、外皮材貫通孔４ｄを形成する。このように真空断熱材１を作製することにより、真空断熱材１の内部を真空に保ったまま外皮材貫通孔４ｄを形成することが可能となる。なお、本実施の形態１では、熱溶着部４ａの内周側の直径よりも小さく、例えば熱溶着部４ａと同心となった正面視略円形状の外皮材貫通孔４ｄを形成している。より詳しくは、本実施の形態１では、この外皮材貫通孔４ｄの直径を５０ｍｍとしている。

なお、本実施の形態１では、側縁部４ｃ（開口部）を熱溶着して芯材３を真空封止した後に、芯材貫通孔３ａの内周側に熱溶着部４ａを形成した。これに限らず、側縁部４ｃの熱溶着と、熱溶着部４ａの形成とを同時に行ってもよい。また、本実施の形態１では、熱溶着部４ａを形成した後に外皮材貫通孔４ｄを形成したが、熱溶着部４ａの形成と外皮材貫通孔４ｄの形成とを同時に行ってもよい。

続いて、真空断熱材１の断熱対象物２０への設置構成について説明する。ここでは、断熱対象物２０が高温である場合を例にとって説明する。

図３は、本発明の実施の形態１に係る真空断熱材の設置構成を説明するための断面図である。
断熱対象物２０は、例えば平板形状のものであり、非図示の配管を備えるものとする。この場合、断熱対象物２０の断熱のために配置される真空断熱材１は、他方の表面３ｃ側の外皮材４（換言すると第二のテーパー１１側）が熱源である断熱対象物２０に対向するように設置される。なお、真空断熱材１と断熱対象物２０とは接触する必要は必ずしもなく、真空断熱材１と断熱対象物２０との間が離れていてもよい。

さらに、断熱対象物２０に設けられている配管は、真空断熱材１の外皮材貫通孔４ｄに通される。なお、断熱対象物２０に設けられている配管は、外皮材貫通孔４ｄの内径よりも小さいもの（例えば、直径４０ｍｍ）を想定している。このため、配管は真空断熱材１に形成された外皮材貫通孔４ｄを貫通し、配管が真空断熱材１の配置を阻害することはない。

ここで、真空断熱材１の外皮材４は、断熱対象物２０から熱が加わることによって、外皮材４に熱応力（熱負荷）もかかることとなる。特に、高温側（断熱対象物２０側）に配置されている外皮材４（第二のテーパー１１側の外皮材４）は、反対側に配置されている外皮材４（第一のテーパー１０側の外皮材４）よりも大きな熱応力（熱負荷）がかかることとなる。このため、熱溶着時に発生する応力及び使用時にかかる熱応力によって、芯材貫通孔３ａ周辺の外皮材４にピンホールやクラックが発生してしまい、真空断熱材１の信頼性が低下してしまうことが懸念される。しかしながら、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、上述のように、第二のテーパー１１を覆う外皮材４（他方の表面３ｃ側の外皮材４）に熱溶着時に発生する応力を、第一のテーパー１０を覆う外皮材４（一方の表面３ｂ側の外皮材４）に熱溶着時に発生する応力よりも小さくすることができる。このため、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、芯材貫通孔３ａ周辺の外皮材４にピンホールやクラックが発生してしまうことを抑制でき、芯材貫通孔３ａ周辺部の信頼性の低下を抑制することができる。

以上、本実施の形態１に係る真空断熱材１においては、第二のテーパー１１側の外皮材４（他方の表面３ｃ側の外皮材４）は、第一のテーパー１０側の外皮材４（一方の表面３ｂ側の外皮材４）と比べ、外皮材４を熱溶着する際に芯材貫通孔３ａ周辺の外皮材４に発生する応力が小さい。このため、第二のテーパー１１側の外皮材４（他方の表面３ｃ側の外皮材４）は、第一のテーパー１０側の外皮材４（一方の表面３ｂ側の外皮材４）と比べ、真空断熱材１の使用時に熱応力がかかっても、芯材貫通孔３ａ周辺においてピンホールやクラックが発生しづらい。つまり、第二のテーパー１１側の外皮材４（他方の表面３ｃ側の外皮材４）は、第一のテーパー１０側の外皮材４（一方の表面３ｂ側の外皮材４）と比べ、真空断熱材１の使用時にかかる熱応力に対して耐性が高い。従って、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、第二のテーパー１１側の外皮材４（他方の表面３ｃ側の外皮材４）が高温側と対向するように配置することにより、芯材貫通孔３ａ周辺の外皮材４にピンホールやクラックが発生してしまうことを抑制でき、芯材貫通孔３ａ周辺部の信頼性の低下を抑制することができる。

ここで、熱溶着時に第二のテーパー１１側の外皮材４に発生する応力を小さくすることだけに着目するのであれば、第二のテーパー１１を形成せずに、外皮材４の熱溶着部４ａを断熱対象物２０側に当接させれば良いようにも思われる。しかしながら、第二のテーパー１１を形成せずに第一のテーパー１０のみを形成して真空断熱材１を作製した場合、薄肉部（芯材３の厚みが他の部分よりも薄い箇所、第一のテーパー１０が形成されている箇所）の範囲が広くなってしまい、真空断熱材１の断熱性能が低下してしまう。しかしながら、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、第二のテーパー１１を形成しているため、第二のテーパー１１を形成せずに真空断熱材１を作製した場合と比べ、薄肉部の範囲を小さくすることができる。つまり、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、断熱性能の低下を抑制しつつ、芯材貫通孔３ａ周辺部の信頼性の低下を抑制することもできるのである。

なお、第二のテーパー１１を形成することにより、外皮材４における外皮材貫通孔４ｄの端部が、熱源である断熱対象物２０に当接しない配置となる。この点においても、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、断熱性能の低下を抑制している。詳しくは、外皮材４の金属箔は、外部から真空断熱材１内部へのガスの侵入を遮断するために設けられている。従って、作製後の真空断熱材１において、ガスの透過率が高いのは、真空断熱材１の表面よりも、外皮材４の熱溶着部に使用される軟化点の低い可塑性樹脂となっている。可塑性樹脂は一般的に温度が高い方がガスの透過率が上昇するので、熱溶着部を高温部に当接しない配置とすることで、外部から真空断熱材１内部へのガスの侵入を抑制でき、真空断熱材１の断熱性能の低下を抑制できる。

また、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、第一のテーパー１０の角度αを、４５°＜α＜９０°としている。このため、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、薄肉部の範囲をより小さくすることができるので、断熱性能の低下をより抑制することができる。

なお、本実施の形態１では、繊維シート２を厚み２ｍｍ程度とし、１０枚積層させて芯材３を構成するものとした。しかしながら、芯材３を作製する際の繊維シート２の厚み及び積層枚数は、これに限定されるものではない。例えば、繊維シート２を厚み５ｍｍとして４枚積層させ、芯材３を構成してもよい。また例えば、厚み２０ｍｍの繊維シート２を作製し、１枚の繊維シート２で芯材３を構成してもよい。また例えば、２０ｍｍ以上の厚みで芯材３を形成しても勿論よい。

また、芯材貫通孔３ａ、外皮材４の熱溶着部４ａ及び外皮材貫通孔４ｄの寸法も上記の寸法に限定されるものではない。芯材貫通孔３ａの直径が熱溶着部４ａの外周側の直径よりも大きく、熱溶着部４ａの外周側の直径が外皮材貫通孔４ｄの直径よりも大きければ、真空断熱材１の内部を真空に保ったまま、外皮材貫通孔４ｄを形成することができる。

従って、本実施の形態１では芯材貫通孔３ａの直径を約１００ｍｍ程度としたが、真空断熱材１を設置する面の形状及び干渉物によって、芯材貫通孔３ａの直径を変更することは可能である。ここでは外皮材貫通孔４ｄの直径を５０ｍｍとしており、外皮材貫通孔４ｄの直径に応じて芯材貫通孔３ａも決定される。例えば３０ｍｍの配管との干渉を避けるための貫通孔を形成することを想定する場合には、外皮材貫通孔４ｄの直径は４０ｍｍ程度となり、芯材貫通孔３ａの直径を約８０ｍｍ程度に設定することが考えられる。

図４は、本発明の実施の形態１に係る真空断熱材における、テーパー角に対して発生するピンホールの数を示した図である。
ここで、仮想平面３ｅと第二のテーパー１１とが成す角β（°）について説明する。例えば芯材貫通孔３ａの直径を約８０ｍｍ程度と仮定して、熱溶着部４ａを形成する時に外皮材４の第二のテーパー１１に発生するピンホールについて説明する。第二のテーパー１１に発生するピンホールは数μｍ〜数十μｍと非常に小径であることから、実際に数えることは困難である。ただし、熱溶着部４ａを形成する時に第二のテーパー１１に発生する応力は角度によって異なる。例えば外皮材４を０．１ｍｍの樹脂フィルムとしたとき、樹脂の引っ張り強度を考慮して解析したところ、３０°程度のテーパー角において、樹脂の許容応力値に近い値となることが分かった。

テーパー角が３０°を過ぎたところからピンホールの数は指数関数的に増加することが推測されるため、テーパー角に対するピンホール数は図４のような特性を示すと考えられる。従って、仮想平面３ｅと第二のテーパー１１とが成す角β（°）が、４０°以上でピンホールの数が大きく増大する。従って、角β（°）は３０°未満が望ましいが、ここでは熱応力による影響を考えていないため、より信頼性の高い角β（°）とするならば２０°未満に設定することが望ましい。

また、本実施の形態１では、芯材貫通孔３ａ、熱溶着部４ａ及び外皮材貫通孔４ｄの形状を正面視略円形状に形成したが、芯材貫通孔３ａの形状も任意である。例えば、楕円形状、長丸形状、及び、多角形状等に芯材貫通孔３ａを形成してもよい。本実施の形態１において、芯材貫通孔３ａ、熱溶着部４ａ及び外皮材貫通孔４ｄを略円形状としているのは、芯材貫通孔３ａが角部を有する場合、当該角部において外皮材４に皺がより、外皮材４が破れやすくなるためである。このため、多角形状に芯材貫通孔３ａを形成する場合、角部をＲ加工し、角部を有しない形状にすることが好ましい。

また、本実施の形態１では、真空断熱材１に、配管等の干渉物を貫通させる外皮材貫通孔４ｄを１つのみ形成した。これに限らず、真空断熱材１の設置範囲に設けられる干渉物の数に応じて、外皮材貫通孔４ｄの数を適宜決定すればよい。

実施の形態２．
繊維部材で形成される芯材３は柔らかい。このため、芯材３を削って芯材貫通孔３ａ、第一のテーパー１０及び第二のテーパー１１を形成する際に芯材３が破れやすく、芯材貫通孔３ａ、第一のテーパー１０及び第二のテーパー１１を形成することが難しい。しかしながら、以下のように芯材３を作製することにより、芯材３に芯材貫通孔３ａ、第一のテーパー１０及び第二のテーパー１１を容易に形成することができる。なお、本実施の形態２で記載されていない構成は実施の形態１と同様とし、実施の形態１と同様の構成には実施の形態１と同じ符号を付すこととする。

図５は、本発明の実施の形態２に係る真空断熱材の芯材を説明するための断面図である。
本実施の形態２に係る芯材３は、例えば２ｍｍ程度のシート状に形成された複数枚（図５では１０枚）の繊維シート２を積層して構成されている。これら繊維シート２は、例えば繊維直径が３〜５μｍ程度の繊維部材をシート状に抄造したものである。

これら複数の繊維シート２のそれぞれには、芯材貫通孔３ａと対応する位置に貫通孔２ａが形成されている。そして、複数の繊維シート２の少なくとも一部は、貫通孔２ａの大きさが異なっている。本実施の形態２に係る芯材３は、このように形成された複数の繊維シート２を用い、一方の表面３ｂ側及び他方の表面３ｃ側から第一のテーパー１０と第二のテーパー１１との交差部１２に向かって、貫通孔２ａの大きさが小さくなるように繊維シート２を積層して形成される。

より詳しくは、本実施の形態２に係る芯材３は、以下のような構成となっている。ここで、一方の表面３ｂ側（＋Ｚ側）から他方の表面３ｃ側（−Ｚ側）へ向かって、繊維シート２の貫通孔２ａを、貫通孔２ａ−１，２ａ−２，２ａ−３，２ａ−４，２ａ−５，２ａ−６，２ａ−７，２ａ−８，２ａ−９，２ａ−１０と称することとする。このように、各繊維シート２の貫通孔２ａを定義した場合、貫通孔２ａ−１から貫通孔２ａ−７にかけて、貫通孔の直径が徐々に小さくなっている。そして、貫通孔２ａ−１０から貫通孔２ａ−７にかけて、貫通孔の直径が徐々に小さくなっている。また、貫通孔２ａ−９は貫通孔２ａ−３と同じ直径で形成され、貫通孔２ａ−１０は貫通孔２ａ−１と同じ直径で形成されている。このように各繊維シート２を積層することにより、貫通孔２ａ−１から貫通孔２ａ−７の内周部が第一のテーパー１０となり、貫通孔２ａ−１０から貫通孔２ａ−７の内周部が第二のテーパー１１となり、貫通孔２ａ−７の内周部が交差部１２となる。

以上、本実施の形態２のように芯材３を構成することにより、積層した繊維シート２が引裂かれやすい材料で構成され、芯材貫通孔３ａ、第一のテーパー１０及び第二のテーパー１１を形成することが難しい場合でも、芯材３に芯材貫通孔３ａ、第一のテーパー１０及び第二のテーパー１１を容易に形成することができる。

実施の形態３．
実施の形態１又は実施の形態２のように構成された真空断熱材１に対して、以下のような構成（テーパー部１０ａ，１１ａ）を追加することにより、真空断熱材１の信頼性をさらに向上させることが可能となる。なお、本実施の形態３で記載されていない構成は実施の形態１又は実施の形態２と同様とし、上述の実施の形態と同様の構成には上述の実施の形態と同じ符号を付すこととする。

図６は、本発明の実施の形態３に係る真空断熱材を説明するための断面図である。
実施の形態１及び実施の形態２と同様に、本実施の形態３に係る芯材３は、例えば２ｍｍ程度のシート状に形成された複数枚（図６では１０枚）の繊維シート２を積層して構成されている。これら繊維シート２は、例えば繊維直径が３〜５μｍ程度の繊維部材をシート状に抄造したものである。そして、この芯材３には、実施の形態１及び実施の形態２と同様に、例えば正面視円形状の芯材貫通孔３ａが少なくとも１つ形成されている。また、実施の形態１及び実施の形態２と同様に、芯材貫通孔３ａには、芯材３の一方の表面３ｂ側（芯材３の＋Ｚ側の表面側）に第一のテーパー１０が形成されて、他方の表面３ｃ側（芯材３の−Ｚ側の表面側）に第二のテーパー１１が形成されている。そして、第二のテーパー１１の角度βが第一のテーパー１０の角度αよりも小さくなっており、第一のテーパー１０と第二のテーパー１１との交差部１２が芯材３の厚み方向において中心部よりも他方の表面３ｃ側に位置している。

ここで、実施の形態１及び実施の形態２とは異なり、本実施の形態３に係る芯材３には、第一のテーパー１０と一方の表面３ｂとの交差部に、第一のテーパー１０よりも小さい角度のテーパー部１０ａが形成されている（テーパー加工が施されている）。また、第二のテーパー１１と他方の表面３ｃとの交差部に、第二のテーパー１１よりも小さい角度のテーパー部１１ａが形成されている。

このようにテーパー部１０ａ，１１ａを形成することにより、熱溶着部４ａ形成時に芯材貫通孔３ａ周辺の外皮材４に発生する応力を抑制することが可能となる。つまり、真空断熱材１の熱応力に対する耐性をさらに向上させることができ、真空断熱材１の信頼性をさらに向上させることができる。

なお、テーパー部１０ａに換えて第一のテーパー１０と一方の表面３ｂとの交差部にＲ加工（当該交差部を曲面形状に形成する加工）を施し、テーパー部１１ａに換えて第二のテーパー１１と他方の表面３ｃとの交差部にＲ加工を施してもよい。このように芯材３を構成しても、熱溶着部４ａ形成時に芯材貫通孔３ａ周辺の外皮材４に発生する応力を抑制することができ、真空断熱材１の信頼性をさらに向上させることができる。

実施の形態４．
本実施の形態４では、実施の形態１〜実施の形態３で示した真空断熱材１の具体的な設置構成の一例（真空断熱材１を備えた装置の一例）について説明する。なお、本実施の形態４で記載されていない構成は実施の形態１〜実施の形態３のいずれかと同様とし、上述の実施の形態と同様の構成には上述の実施の形態と同じ符号を付すこととする。

図７は、本発明の実施の形態４に係る貯湯タンクを示す縦断面図である。また、図８は、図７のＱ部拡大図である。
本実施の形態４に係る貯湯タンク３０は、加熱された水を貯留するタンク３１と、該タンク３１の外周部を覆い、タンク３１と周辺空気との間を断熱する断熱材と、を備えている。なお、これらタンク３１及び断熱材を外装ケースで覆ってもよい。

タンク３１は、例えば略円柱形状をしており、複数の配管が接続されている。詳しくは、タンク３１の上部には、上部配管３２及び給湯配管３３が接続されている。また、タンク３１の下部には、底部配管３４及び水供給配管３５が接続されている。上部配管３２及び底部配管３４は、図示せぬ加熱装置（例えば、ヒートポンプユニット）に接続される。

このように構成されたタンク３１は、次のように加熱された水を内部に貯留する構成となっている。
タンク３１内に貯留されている水は、底部配管３４を通って図示せぬ加熱装置に送られ、加熱される。加熱された水は、上部配管３２を通って、タンク３１内の上部に戻される。外部からタンク３１に水（例えば市水）を供給する場合、水供給配管３５からタンク３１の下部に水を供給する。また、タンク３１に水を供給することにより、タンク３１内に貯められている湯（加熱された水）が押し上げられる。そして、この動作により、タンク３１の上部に接続される給湯配管３３から外部に湯が供給される。このとき、タンク３１内には、湯と水の温度差に起因して高温部と低温部が形成され、温度の境界層が生じる。詳しくは、タンク３１の上部が高温部となる。

このタンク３１は、以下のような断熱部材で外周部が覆われ、該タンク３１と周辺空気との間が断熱されている。
タンク３１の上部表面は、発泡樹脂（例えば発泡ポリスチレン）で成形された第一の発泡断熱材３６で覆われている。この第一の発泡断熱材３６には、該第一の発泡断熱材３６と上部配管３２及び給湯配管３３との干渉を防止するため、上部配管３２及び給湯配管３３が貫通する貫通孔が形成されている。また、第一の発泡断熱材３６の上面部には凹部が形成されている。

また、該凹部には、実施の形態１〜実施の形態３のいずれかで示した真空断熱材１が設けられている。ここで、真空断熱材１の設置範囲には、２本の配管（上部配管３２、給湯配管３３）が設けられている。このため、真空断熱材１には、これらの配管と真空断熱材１との干渉を防止するため、２つの外皮材貫通孔４ｄ（第一の外皮材貫通孔４ｄ−１、第二の外皮材貫通孔４ｄ−２）が形成されている。そして、第一の外皮材貫通孔４ｄ−１には給湯配管３３が貫通し、第二の外皮材貫通孔４ｄ−２には上部配管３２が貫通している。

なお、タンク３１には加熱された水が貯留されているため、タンク３１と周辺空気とを比較した場合、タンク３１の方が高温となる。このため、真空断熱材１は、第二のテーパー１１側の外皮材４が高温側と対向するように配置されている。本配置構成により、信頼性の高い真空断熱材１の配置構成が可能となる。

タンク３１の側面部表面は、発泡樹脂（例えば発泡ポリスチレン）で成形された第二の発泡断熱材３７で覆われている。また、タンク３１の下部表面は、発泡樹脂（例えば発泡ポリスチレン）で成形された第三の発泡断熱材３８で覆われている。この第三の発泡断熱材３８には、該第三の発泡断熱材３８と底部配管３４及び水供給配管３５との干渉を防止するため、底部配管３４及び水供給配管３５が貫通する貫通孔が形成されている。

なお、本実施の形態４では、タンク３１の側面部及び下部を発泡断熱材のみで断熱したが、タンク３１の側面部及び下部に真空断熱材を設けても勿論よい。この際、真空断熱材の設置範囲に配管等の干渉物がある場合には、実施の形態１〜実施の形態３で示した真空断熱材１を用いることにより、真空断熱材の信頼性を向上させることができる。

また、本実施の形態４では、真空断熱材１の外皮材貫通孔４ｄに配管を貫通させる構成について説明したが、配管は干渉物のあくまでも一例である。例えば、真空断熱材１の設置範囲に配線及び回路端子等の干渉物がある場合、これらの干渉物を外皮材貫通孔４ｄに貫通させることで、これら干渉物と真空断熱材１との干渉を防止できる。このとき、第二のテーパー１１側の外皮材４が高温側と対向するように真空断熱材１を配置することにより、信頼性の高い真空断熱材１の配置構成が可能となる。

実施の形態５．
本実施の形態５では、実施の形態４で示した真空断熱材１の具体的な設置構成の一例の改善例について説明する。なお、本実施の形態５で記載されていない構成は実施の形態１〜実施の形態４のいずれかと同様とし、上述の実施の形態と同様の構成には上述の実施の形態と同じ符号を付すこととする。

図９は、本発明の実施の形態５に係る貯湯タンクを示す縦断面図である。また、図１０は、図９のＱ部拡大図である。
本実施の形態５に係る貯湯タンク３０は、加熱された水を貯留するタンク３１と、該タンク３１の外周部を覆い、タンク３１と周辺空気との間を断熱する断熱材と、を備えている。なお、これらタンク３１及び断熱材を外装ケースで覆ってもよい。

このタンク３１は、以下のような断熱部材で外周部が覆われ、該タンク３１と周辺空気との間が断熱されている。
タンク３１の上部表面は、発泡樹脂（例えば発泡ポリスチレン）で成形された第一の発泡断熱材３６で覆われている。この第一の発泡断熱材３６には、該第一の発泡断熱材３６と上部配管３２及び給湯配管３３との干渉を防止するため、上部配管３２及び給湯配管３３が貫通する貫通孔が形成されている。また、第一の発泡断熱材３６の上面部には凹部が形成されている。

また、該凹部には、実施の形態１〜実施の形態３のいずれかで示した真空断熱材１が設けられている。ここで、真空断熱材１の設置範囲には、２本の配管（上部配管３２、給湯配管３３）が設けられている。このため、真空断熱材１には、これらの配管と真空断熱材１との干渉を防止するため、２つの外皮材貫通孔４ｄ（第一の外皮材貫通孔４ｄ−１、第二の外皮材貫通孔４ｄ−２）が形成されている。そして、第一の外皮材貫通孔４ｄ−１には給湯配管３３が貫通し、第二の外皮材貫通孔４ｄ−２には上部配管３２が貫通している。

ここで、外皮材貫通孔４ｄにはそれぞれ発泡断熱材（例えば発泡ポリスチレン）で形成された蓋５ｅ（第一の蓋５ｅ−１、第二の蓋５ｅ−２）が設けられている。蓋５ｅは、略円柱形状のベース部（図９では＋Ｙ方向に位置する略円柱形状）に、ベース部より小径の略円柱形状の凸部（図９では−Ｙ方向に位置する略円柱形状）を備え、略Ｔ字形状の断面である。第一の蓋５ｅ−１は、給湯配管３３の外径とほぼ同径の孔を備え、第二の蓋５ｅ−２は、取り付け時に上部配管３２と密着するように上部配管３２と同形状の孔がそれぞれ形成されている。

蓋５ｅの凸部の外径は、それぞれの外皮材貫通孔４ｄの直径に対して、略同径としている。蓋５ｅは外皮材貫通孔４ｄと同径ではあるが干渉しない直径であることが望ましいが、外皮材貫通孔４ｄよりもわずかに小径であれば問題はない。なお、蓋５ｅのベース部の外径は、真空断熱材１の第一のテーパー１０の表面において、テーパーが開始する点よりも大きい直径で形成される。

なお、タンク３１には加熱された水が貯留されているため、タンク３１と周辺空気とを比較した場合、タンク３１の方が高温となる。このため、真空断熱材１は、第二のテーパー１１側の外皮材４が高温側と対向するように配置されている。本配置構成により、信頼性の高い真空断熱材１の配置構成が可能となる。

外皮材貫通孔４ｄによって、給湯配管３３や上部配管３２の干渉を回避することはできるが、外皮材貫通孔４ｄを形成することで、タンク３１における給湯配管３３や上部配管３２周辺の断熱性能は少なからず低下する。しかしながら、本実施の形態５では、外皮材貫通孔４ｄに蓋５ｅを設けている。そして、蓋５ｅは、外皮材貫通孔４ｄに対応した形状の凸部と、第一のテーパー１０と当接し、外皮材貫通孔４ｄを閉塞するベース部と、を備えている。このため、本実施の形態５では、外皮材貫通孔４ｄにより形成される大気とタンク３１との間の隙間を減少させることにより、タンク３１の給湯配管３３及び上部配管３２表面に発生する対流を抑制することが可能となり、熱の漏えいを抑制することができる。

タンク３１の側面部表面は、発泡樹脂（例えば発泡ポリスチレン）で成形された第二の発泡断熱材３７で覆われている。また、タンク３１の下部表面は、発泡樹脂（例えば発泡ポリスチレン）で成形された第三の発泡断熱材３８で覆われている。この第三の発泡断熱材３８には、該第三の発泡断熱材３８と底部配管３４及び水供給配管３５との干渉を防止するため、底部配管３４及び水供給配管３５が貫通する貫通孔が形成されている。

なお、本実施の形態５では、タンク３１の側面部及び下部を発泡断熱材のみで断熱したが、タンク３１の側面部及び下部に真空断熱材を設けても勿論よい。この際、真空断熱材の設置範囲に配管等の干渉物がある場合には、実施の形態１〜実施の形態３で示した真空断熱材１を用いることにより、真空断熱材の信頼性を向上させることができる。

また、本実施の形態５では、真空断熱材１の外皮材貫通孔４ｄに配管を貫通させる構成について説明したが、配管は干渉物のあくまでも一例である。例えば、真空断熱材１の設置範囲に配線及び回路端子等の干渉物がある場合、これらの干渉物を外皮材貫通孔４ｄに貫通させることで、これら干渉物と真空断熱材１との干渉を防止できる。このとき、第二のテーパー１１側の外皮材４が高温側と対向するように真空断熱材１を配置することにより、信頼性の高い真空断熱材１の配置構成が可能となる。

１ 真空断熱材、２ 繊維シート、２ａ（２ａ−１〜２ａ−１０） 貫通孔、３ 芯材、３ａ 芯材貫通孔、３ｂ 表面、３ｃ 表面、３ｄ 仮想平面、３ｅ 仮想平面、４ 外皮材、４ａ 熱溶着部、４ｂ 側縁部、４ｃ 側縁部、４ｄ 外皮材貫通孔、４ｄ−１ 第一の外皮材貫通孔、４ｄ−２ 第二の外皮材貫通孔、５ｅ 蓋、５ｅ−１ 第一の蓋、５ｅ−２ 第二の蓋、１０ 第一のテーパー、１０ａ テーパー部、１１ 第二のテーパー、１１ａ テーパー部、１２ 交差部、２０ 断熱対象物、３０ 貯湯タンク、３１ タンク、３２ 上部配管、３３ 給湯配管、３４ 底部配管、３５ 水供給配管、３６ 第一の発泡断熱材、３７ 第二の発泡断熱材、３８ 第三の発泡断熱材。

Claims (9)

1. 繊維状部材で形成され、芯材貫通孔が形成された芯材と、
   前記芯材貫通孔と対応する位置に外皮材貫通孔が形成され、前記芯材の外周部及び前記芯材貫通孔の内周側が熱溶着されて、前記芯材を真空密閉して覆う外皮材と、
   を備え、
   前記芯材貫通孔は、前記芯材の一方の表面側に第一のテーパーが形成されて、他方の表面側に第二のテーパーが形成され、
   前記第一のテーパーと前記第二のテーパーとの交差部が、前記芯材の厚み方向において中心部よりも前記他方の表面側に位置し、
   前記一方の表面に沿って前記芯材貫通孔の外周部から中心側へ延設された仮想平面と前記第一のテーパーとが成す角度をαとし、
   前記他方の表面に沿って前記芯材貫通孔の外周部から中心側へ延設された仮想平面と前記第二のテーパーとが成す角度をβと定義した場合、
   α＞βとなっていることを特徴とする真空断熱材。
2. 前記芯材貫通孔と対応する位置に貫通孔が形成され、前記繊維状部材で構成された繊維シートを複数枚備え、
   複数の前記繊維シートの少なくとも一部は、前記貫通孔の大きさが異なっており、
   前記芯材は、
   前記一方の表面側及び前記他方の表面側から前記交差部に向かって、前記貫通孔の大きさが小さくなるように前記繊維シートが積層されて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空断熱材。
3. 前記一方の表面側よりも前記他方の表面側の方が高温側となるように配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の真空断熱材。
4. ０°＜β＜３０°であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の真空断熱材。
5. ４５°＜α＜９０°であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の真空断熱材。
6. 前記第一のテーパーと前記一方の表面との交差部、及び、前記第二のテーパーと前記他方の表面との交差部に、テーパー加工又はＲ加工が施されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の真空断熱材。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の真空断熱材の製造方法であって、
   前記芯材貫通孔と対応する位置に貫通孔が形成され、前記繊維状部材で構成された繊維シートを複数枚備え、
   前記一方の表面側及び前記他方の表面側から前記交差部に向かって、前記貫通孔の大きさが小さくなるように前記繊維シートを積層し、前記芯材を形成することを特徴とする真空断熱材の製造方法。
8. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の真空断熱材の設置構成であって、
   当該真空断熱材は、前記一方の表面側よりも前記他方の表面側の方が高温側となるように配置されていることを特徴とする真空断熱材の設置構成。
9. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の真空断熱材と、
   加熱された水を貯留するタンクと、
   前記タンクに接続された配管と、
   を備え、
   前記真空断熱材は、前記外皮材貫通孔に前記配管が貫通し、前記他方の表面が前記タンクと対向するように配置されていることを特徴とする貯湯タンク。

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